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En la norma UNE 100-230-95, que trata de este tema, encontramos lo siguiente:
Si un ventilador debe funcionar en condiciones diferentes de las ensayadas, no es práctico ni económico efectuar nuevos ensayos para determinar sus prestaciones.
Mediante el uso de un conjunto de ecuaciones designado con el nombre de LEYES DE LOS VENTILADORES es posible determinar, con buena precisión, las nuevas prestaciones a partir de los ensayos efectuados en condiciones normalizadas.
Al mismo tiempo, estas leyes permiten determinar las prestaciones de una serie de ventiladores geométricamente semejantes a partir de las características del ventilador ensayado.
Las leyes de los ventiladores están indicadas, bajo forma de relación de magnitudes, en ecuaciones que se basan en la teoría de la mecánica de fluídos y su exactitud es suficiente para la mayoría de las aplicaciones, siempre que el diferencial de presión sea inferior a 3 kPa, por encima del cual se debe tener en cuenta la compresibilidad del gas.
Con el ánimo de precisar un tanto más lo que expone la norma UNE, podríamos decir que cuando un mismo ventilador se somete a regímenes distintos de marcha o bien se varían las condiciones del fluído que trasiega, pueden calcularse por anticipado los resultados que se obtendrán a partir de los conocidos, por medio de unas leyes o relaciones sencillas que también son de aplicación cuando se trata de una serie de ventiladores homólogos, esto es, de dimensiones y características semejantes que se mantienen al variar el tamaño al pasar de unos de ellos a cualquier otro de su misma familia.
Estas leyes se basan en el hecho que dos ventiladores de una serie homóloga tienen homólogas sus curvas características y para puntos de trabajo semejantes tienen el mismo rendimiento, manteniéndose entonces interrelacionadas todas las razones de las demás variables.
Las variables que comprenden a un ventilador son la velocidad de rotación, el diámetro de la hélice o rodete, las presiones total, estática y dinámica, el caudal, la densidad del gas, la potencia absorbida, el rendimiento y el nivel sonoro.
Las normas intenacionales ISO, 5801-96 (E) y WD 13348-1998, a estas variables les asignan los siguientes símbolos y unidades, que aquí usaremos para ilustrar las definiciones y aplicaciones.
Símbolo Concepto Unidad
Dr Diámetro hélice/rodete m
Lwt Nivel Potencia total sonora dB
n Velocidad rotacional s-1
Pr Potencia mecánica suministrada al ventilador W
Pf Presión del ventilador Pa
qv Caudal de entrada m³/s-1
r Densidad kg/m-3
Además debe tenerse en cuenta, antes de aplicar las leyes de los ventiladores que los valores conocidos lo sean de un aparato de la misma familia trabajando en las mismas condiciones bajo las cuales queremos determinar los nuevos valores y que las condiciones del ventilador considerado sean todas proporcionales a las correspondientes del tomado como punto de partida y cuyos valores reales de ensayo se conozcan. También es necesario que la velocidad del fluído dentro del ventilador sea proporcional de uno a otro y para lo cual debe comprobarse que la razón entre la velocidad periférica de dos puntos de un rodete sea la misma que la de entre la de dos puntos semejantes del otro rodete.
A medida que se vayan exponiendo las leyes que rigen para las variaciones de los ventiladores, se desarrollarán ejemplos de aplicación para mejor facilitar su comprensión.
Fig. 1. Variación del diámetro
1. Ejemplo de aplicación
Las fórmulas para el cambio de diámetro deben usarse con precaución ya que sólo son válidas si los ventiladores que relacionan son rigurosamente semejantes. En la práctica siempre hay desviaciones de semejanza, que no se aprecian ostensiblemente y más cuando se trata de aparatos de la misma familia.
Supongamos un ventilador de 450 mm de diámetro del que conocemos da 5.000 m³/h a 12 mm c.d.a. con un nivel sonoro de 65 db (A) y que absorbe de la red 480 W. ¿Qué caudal, presión, ruído y potencia sonora tendrá otro aparato semejante de 630 mm 0?
La aplicación de las ecuaciones del cuadro anterior resuelven el problema:
El ventilador de 630 mm tendrá:
Caudal qv = 5.000 630³/ 450³ = 13.720 m³/h
Presión p = 22 630² / 450² = 43 mm c.d.a.
Potencia absorbida = 480 6305 / 4505 = 2.582 W
Nivel sonoro Lwt = 65 + 70 log 630 / 450 = 75 dB (A)
Fig. 2. Variación de la velocidad
2. Ejemplo de aplicación
Sea un ventilador que, girando a 1.400 rev/min, dé un caudal de 15.000 m³/h a una presión de 22 mm c.d.a. instalado en un sistema determinado. La potencia absorbida y la potencia sonora sean respectivamente 1.500 W y 88 dB (A).
Se pregunta, ¿qué presión y caudal daría girando a 2.000 rev/min? ¿Cuánto consumiría entonces? Y el ruido, ¿qué valor alcanzaría?
Caudal qv = 1.500 2.000 / 1.400 = 2.143 m/h
Presión PF = 22 2.000² / 1.400² = 44,9 mm c.d.a.
Potencia Pr = 1.500 2.000³ / 1.400³ = 4.373 W
Nivel Potencia sonora Lwt = 88 + 50 log 2.000 / 1.400 = 95,7 dB (A)
3. Ejemplo de aplicación